烟气自循环式低氧燃烧器燃烧过程的数值模拟

在分析了工业中几种低氧燃烧方式的基础上,将收缩-扩张结构用于燃烧器空气通道,开发出了烟气自循环式低氧燃烧器,同时借助FLUENT软件对燃烧器进行了大量数值模拟研究. 结果表明:喉部的负压是烟气卷吸的驱动力,烟气卷吸量随喉部面积的缩小而急剧增多;随着烟气卷吸量的增多,炉膛中氧含量越来越低,火焰高温区向燃烧器偏移,火焰逐渐变短. 最后,将烟气自循环式低氧燃烧器用于熔化保温炉进行了实践,取得了预期的效果.     

蓄热式燃烧器内等温射流流场分析

为了解高温空气燃烧机理,建立计算机仿真模型,通过试验对仿真模型的有效性进行验证后进行蓄热式燃烧器内等温射流流场分析。结果表明,空气入口高速射流是产生回流卷吸和实现高温空气燃烧的主要因素,可采用一次燃料消耗空气中大部分氧气实现低氧燃烧来降低NOx产量,二次燃料入口距离与空气入口存在最优距离且其入射角度不宜过大,仿真计算结果与实验结果一致,验证了模型可靠性。研究成果对蓄热式燃烧器设计具有指导意义,也为热态射流流场分析奠定了基础。     

受限射流流场热量传递特性的实验研究

锅炉煤粉燃烧往往是通过煤粉与空气混合后喷射进入炉内卷吸高温烟气而预热、着火的,其着火过程的早晚与射流和烟气间的热量交换情况关系极大.而这种交换实质上就是射流流股与被卷吸的气流之间的质量、动量和热量传递的结果,在湍流情况下这三者之间是相互影响的.尽管对湍流射流的研究比较成熟,有大量的文献资料可以查阅,然而由于射流流场的复杂性,大多数结果很难直接应用于具体的实际情况.如上所述,要计算射流与卷吸气流间的热通量就是一件较困难的工作.有鉴于此,本文对受限平面射流流场进行了实验测定,以模拟炉内冷态流动情况,而重点放在射流流股与外卷吸气流间的热量传递过程的测量与计算.实验的具体做法是用热线风速仪和热电偶测定流场的速度、脉动速度、温度及温度梯度,并结合湍流单方程模型计算出射流流场的热流分布,尤其是扩散热流的分布.     

空气预热器技术应用于乙烯裂解炉的计算流体力学模拟

为了深入了解裂解炉内的辐射及燃烧情况,并分析空气预热器的效果和影响,采用计算流体力学软件Fluent对KBR型乙烯裂解炉炉膛辐射段的流动、燃烧反应及辐射传热进行了三维模拟。在得到炉膛中温度场、主要组分质量分数分布等情况的基础上,对裂解炉安装空气预热器、预热进入炉膛底部燃烧器的空气的情况进行了研究。分析得出投用空气预热器的节能效果及对炉膛运行的影响。模拟结果与工业实际符合较好,为空气预热器的应用提供了理论上的参考。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

微尺度环形燃烧室的燃烧特性

进行了不锈钢环形微燃烧器的氢气预混燃烧实验，发现在2mm间隙的微燃烧室内可以维持稳定燃烧. 测量了微燃烧器的燃烧运行界限，其最大过量空气系数可达到4.5. 获得了微尺度燃烧器的壁面温度场和出口烟气温度随过量空气系数的变化规律，发现微尺度燃烧器的最高温度出现在过量空气系数为0.9附近而不是在化学当量比1处. 计算了微燃烧器外壁面的散热量，微燃烧器的散热量占整个燃烧热功率的50％以上，且辐射换热在整个散热量中占主要部分. 针对这些特点，提出了减小热损失的建议，为微燃烧室和微燃烧/透平发电机的设计提供了科学依据.     

热风炉自身预热法陶瓷燃烧器的冷态试验研究

针对热风炉陶瓷燃烧器使用不同预热温度的空气与煤气在燃烧过程中的行为做了冷态模拟试验测定，结果表明，自身预热法由于空气预热温度高，燃烧条件变化大，导至火焰变短，并产生较强烈的低频脉动燃烧。在对燃烧器出口做了改进后，可大大降低燃烧脉动，保证了燃烧稳定。     

高温空气燃烧技术改造均热炉方案研究

系统研究了高温空气燃烧技术改造均热炉的各种方案 .提出这种新型燃烧技术必须充分考虑系统布置、炉膛结构、炉内烟气流动及传热过程、工件加热工艺过程等因素 .通过大量的数值模拟试验 ,发现在各种改造方案的入炉热量与原均热炉相等的情况下 ,当空气、燃气温度分别被预热到 12 73K和 10 73K时 ,炉内的最高温度相对较低 ,而炉内平均温度相对较高 ;温度分布不均匀系数Rtu从 33.18降到了 18.0 0左右 .在空气预热温度相同情况下 ,燃气预热温度越高 ,NOx 排放量越大 .最后 ,提出了均热炉燃烧系统的改造方案 ,并进行了非稳态燃烧过程数值模拟研究 .     

2.5MW煤粉氧燃烧旋流火焰数值计算

为了准确地数值预报煤粉旋流火焰特征和主要烟气成分,比较扩展的涡耗散模型在多湍流模型下的预测性和影响,针对IFRF(国际火焰研究基地)2.5MW煤粉氧燃烧和空气燃烧实验,利用组分输运方程,结合7步改进的总包反应,对炉内煤粉氧燃烧进行数值计算,并与实验结果和空气燃烧基况对比.结果表明:氧扩散率、发射率和比热容等物性参数修正后,湿循环、氧预混二次流的煤粉氧燃烧扩散火焰温度场与空气燃烧总体一致,火焰稳定且为Ⅱ型火焰结构;EDC模型(涡耗散概念模型)对组分预测更为准确,尤在可实现k-ε模型下的缓慢反应CO生成和IRZ(中心内回流区)高温预测;而FRED模型(有限速率涡耗散模型)在多湍流模型下对炉内温度、组分、火焰结构预测亦较准确.     

关于我国应大力推广高温空气燃烧技术的建议

高温空气燃烧技术简称ＨＴＡＣ技术 ,是９０年代以来国际燃烧领域开发并得到大力推广应用的一项全新型燃烧技术。它完全突破了几百年来人们对燃烧的传统认识 ,通过极限回收烟气余热并高效预热燃烧空气 ,实现了超高温（＞１０００℃）和超低氧气浓度（２～５%）条件下的燃烧 ,因此具有大幅度节能和大幅度降低烟气中ＮＯＸ 排放（３０～５５ｐｐｍ）的双重优越性。通常 ,靠单纯提高预热空气温度来实现高温燃烧 ,必然导致大量的ＮＯＸ 生成。而高温空气燃烧（ＨＴＡＣ）技术的理论意义在于拓宽了人们对温度和氧气浓度关系的认识范围 ,并从技术…